RU2432224C2 - Method of producing gas turbine engine hollow vane ceramic cores - Google Patents
Method of producing gas turbine engine hollow vane ceramic cores Download PDFInfo
- Publication number
- RU2432224C2 RU2432224C2 RU2007117300/02A RU2007117300A RU2432224C2 RU 2432224 C2 RU2432224 C2 RU 2432224C2 RU 2007117300/02 A RU2007117300/02 A RU 2007117300/02A RU 2007117300 A RU2007117300 A RU 2007117300A RU 2432224 C2 RU2432224 C2 RU 2432224C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- core
- thickness
- mold
- machining
- gas turbine
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000003801 milling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 19
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 230000008719 thickening Effects 0.000 claims description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 claims description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 abstract 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 9
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 7
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000012764 mineral filler Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000004512 die casting Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005495 investment casting Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
- B22C9/103—Multipart cores
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Molds, Cores, And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к процессу изготовления деталей, например металлических лопаток газотурбинных двигателей, имеющих внутренние полости сложной геометрии, образующие, в частности, контуры охлаждения, в соответствии с технологией литейного производства по выплавляемым восковым моделям.The present invention relates to a process for the manufacture of parts, for example, metal blades of gas turbine engines, having internal cavities of complex geometry, forming, in particular, cooling circuits, in accordance with the casting technology for lost wax castings.
Процесс изготовления таких лопаток проходит через этап реализации модели, изготовленной из воска или аналогичного материала, которая содержит некоторую внутреннюю деталь, образующую литейный сердечник и определяющую форму внутренних полостей лопаток. Для формирования такой модели используют форму для литья под давлением для воска, в которую помещают сердечник и затем вводят в нее расплавленный воск. После этого полученную таким образом восковую модель подвергают быстрому охлаждению несколько раз в керамических массах, представляющих собой взвесь керамических частиц и предназначенных для формирования оболочковой литейной формы. Затем удаляют воск и обжигают полученную оболочковую литейную форму. Готовую лопатку получают путем заливки расплавленного металла, который занимает все полости между внутренней стенкой оболочковой литейной формы и сердечником. Благодаря зародышу кристаллизации или соответствующему селектору и контролируемому охлаждению металл затвердевает в соответствии с искомой структурой. В соответствии с характеристиками используемого сплава и ожидаемыми свойствами полученной в результате литья детали можно осуществить направленное отверждение металла в колонной структуре (DS), направленное отверждение металла в монокристаллической структуре (SХ) или равноосное отверждение (ЕХ) соответственно. Два первых семейства деталей относятся к жаропрочным сплавам, предназначенным для изготовления деталей, подвергающихся мощным как термическим, так и механическим воздействиям в турбореактивном двигателе, таких, например, как лопатки турбины высокого давления НР.The manufacturing process of such blades passes through the implementation phase of a model made of wax or similar material, which contains some internal part forming a casting core and determining the shape of the internal cavities of the blades. To form such a model, a die casting mold for wax is used, into which the core is placed and then molten wax is introduced into it. After that, the wax model thus obtained is subjected to rapid cooling several times in ceramic masses, which are a suspension of ceramic particles and intended to form a shell mold. Then the wax is removed and the resulting shell mold is fired. The finished blade is obtained by pouring molten metal, which occupies all the cavities between the inner wall of the shell mold and the core. Due to the crystallization nucleus or the corresponding selector and controlled cooling, the metal solidifies in accordance with the desired structure. In accordance with the characteristics of the alloy used and the expected properties of the casting part, directional curing of the metal in a column structure (DS), directional curing of the metal in a single crystal structure (SC) or equiaxial curing (EX), respectively, can be carried out. The first two families of parts relate to heat-resistant alloys intended for the manufacture of parts subjected to powerful thermal and mechanical stresses in a turbojet engine, such as, for example, HP turbine blades.
После отверждения сплава оболочковую литейную форму и сердечник удаляют. В результате получается лопатка требуемой формы.After the alloy has cured, the shell mold and core are removed. The result is a blade of the desired shape.
Используемые сердечники для литейных форм изготавливаются из керамического материала, обычно имеющего пористую структуру. Эти сердечники изготавливаются из смеси, образованной жаропрочным наполнителем в виде мелких частиц и более или менее сложной органической составляющей, образующей связующий материал. Примеры таких композиций приведены в патентах ЕР 328452, FR 2371257 или FR 1785836. Как известно, литейные сердечники изготавливают путем литья с использованием, например, технологии литья под давлением. Вслед за этой операцией формования следует операция удаления связующего, в процессе которой органическая фракция сердечника устраняется при помощи того или иного способа, такого, например, как сублимация или термическое разрушение, в зависимости от характера используемых материалов. В результате этих операций получается пористая структура. Затем сердечник консолидируется при помощи термической обработки в печи. В случае необходимости осуществляется этап окончательной отделки, предназначенный для устранения заусенцев и удаления следов плоскостей соединения, а также для получения требуемой геометрии сердечника. Для этого используют абразивные инструменты. Также может возникнуть необходимость в усилении сердечника для того, чтобы он не оказался поврежденным в процессе последующих циклов его использования. В этом случае сердечник пропитывают органической смолой.Used cores for molds are made of ceramic material, usually having a porous structure. These cores are made of a mixture formed by a heat-resistant filler in the form of small particles and a more or less complex organic component forming a binder material. Examples of such compositions are given in patents EP 328452, FR 2371257 or FR 1785836. As is known, foundry cores are made by casting using, for example, injection molding technology. This molding operation is followed by the binder removal operation, during which the organic fraction of the core is eliminated using one method or another, such as, for example, sublimation or thermal destruction, depending on the nature of the materials used. As a result of these operations, a porous structure is obtained. The core is then consolidated by heat treatment in an oven. If necessary, the final finishing step is carried out, designed to eliminate burrs and remove traces of the connection planes, as well as to obtain the required core geometry. To do this, use abrasive tools. It may also be necessary to reinforce the core so that it does not become damaged during subsequent cycles of its use. In this case, the core is impregnated with an organic resin.
В целях сокращения продолжительности цикла изготовления сердечников также имеется возможность изготавливать заготовку такого сердечника и затем механически обрабатывать щели и перегородки в том случае, когда сердечник находится в необработанном состоянии. Этот процесс описан в заявке на патент, поданной на имя Заявителя под номером FR 0452789.In order to reduce the length of the manufacturing cycle of the cores, it is also possible to produce a blank of such a core and then mechanically process the slots and partitions in the case when the core is in an unprocessed state. This process is described in the patent application filed in the name of the Applicant under the number FR 0452789.
Геометрия сердечников всегда является достаточно сложной, в частности, стенки некоторых зон всегда являются более тонкими. Вследствие этого часто достигаются пределы заполнения и требуется разработка более текучих паст или использование более значительного давления для обеспечения заполнения всех вогнутых элементов литейной формы.The geometry of the cores is always quite complex, in particular, the walls of some zones are always thinner. As a result, filling limits are often reached and the development of more fluid pastes or the use of more significant pressure is required to ensure that all concave mold elements are filled.
Толстые сердечники являются более стабильными в размерном отношении вследствие состава используемых паст. В этом случае подбирают, например, соотношение между содержанием связующего вещества и наполнителя, а также пропорцию мелких и крупных керамических частиц этого наполнителя.Thick cores are more dimensionally stable due to the composition of the pastes used. In this case, for example, the ratio between the content of the binder and the filler is selected, as well as the proportion of small and large ceramic particles of this filler.
Таким образом, в рамках вновь разрабатываемых двигателей и двигателей, выпускающихся серийно, способ литья под давлением, известный из существующего уровня техники не позволяет достаточно экономичным образом отреагировать на изменения конструкций литейных сердечников, в частности, при необходимости уменьшения толщины тонких зон, толщина которых имеет величину менее 0,4 мм.Thus, in the framework of newly developed engines and engines that are commercially available, the injection molding method known from the prior art does not allow a sufficiently economical way to respond to changes in the design of casting cores, in particular, if necessary, to reduce the thickness of thin zones, the thickness of which has a value less than 0.4 mm.
Для того чтобы преодолеть упомянутые выше проблемы, в известных технических решениях предлагается изготавливать керамические сердечники в литейной форме, при использовании которой тонкие зоны и/или критические зоны получаются либо путем использования более текучих керамических паст или же путем модификации параметров литья под давлением, в частности, значений расходов или давлений, имеющих величину, превышающую условия традиционного использования. Однако эта технология представляет определенные ограничения. С одной стороны, керамический материал обладает абразивными свойствами и срез, возникающий в результате новых условий заполнения, является причиной преждевременного износа тонких зон технологического оборудования. Это влечет за собой многочисленные периоды остановки производства и повышение стоимости поддержания этого технологического оборудования в надлежащем состоянии. С другой стороны, несмотря на оптимизацию условий заполнения и несмотря на использование цифрового моделирования, некоторые тонкие зоны замораживают фронт заполнения. Из этого следует, что такое заполнение может осуществляться только путем приклеивания так называемой "холодной" пасты, то есть пасты, температура которой не является оптимальной для того, чтобы иметь твердую связь. Эти условия заполнения представляют собой источник признаков типа трещин, которые влекут за собой отбраковку значительного количества сердечников после их выталкивания и контроля качества этих сердечников. Такие дефекты также могут быть выявлены уже после термической обработки, удаления связующего и прокаливания, что оказывается наносящим еще больший ущерб.In order to overcome the above problems, it is proposed in known technical solutions to produce ceramic cores in a mold, using which thin zones and / or critical zones are obtained either by using more fluid ceramic pastes or by modifying injection molding parameters, in particular flow rates or pressures having a value exceeding the conditions of traditional use. However, this technology presents certain limitations. On the one hand, the ceramic material has abrasive properties and the slice resulting from the new filling conditions is the reason for premature wear of thin zones of technological equipment. This entails numerous periods of production shutdown and an increase in the cost of maintaining this process equipment in good condition. On the other hand, despite the optimization of the filling conditions and despite the use of digital modeling, some thin zones freeze the filling front. It follows from this that such filling can be carried out only by gluing the so-called “cold” paste, that is, a paste whose temperature is not optimal in order to have a solid bond. These filling conditions are a source of signs such as cracks, which entail the rejection of a significant number of cores after they are expelled and the quality control of these cores. Such defects can also be detected after heat treatment, removal of the binder and calcination, which is even more damaging.
Задачей настоящего изобретения является устранение недостатков, присущих известным решениям. Задача решается способом изготовления литейного сердечника, содержащего по меньшей мере одну тонкую зону или тонкую стенку, имеющую толщину "е", величина которой заключена в диапазоне от 0,1 мм до 0,5 мм, например, на задней кромке лопатки газотурбинного двигателя, включающим этап формования в литейной форме смеси, имеющей в своем составе наполнитель, состоящий из керамических частиц, и некоторое органическое связующее, этап извлечения из литейной формы и этап освобождения от связующего и термической обработки для консолидации сердечника. Этот способ отличается тем, что в упомянутой литейной форме формуют сердечник, в котором упомянутая зона является утолщенной по отношению к толщине "е" на некоторую избыточную толщину Е, при этом производят механическую обработку упомянутой избыточной толщины после извлечения сердечника из литейной формы вплоть до получения упомянутой толщины "е" таким образом, чтобы создать канал раскрытия, достаточный для течения упомянутой смеси в процессе ее введения в литейную форму. При этом упомянутая операция механической обработки может быть реализована как до, так и после термической обработки.The present invention is to eliminate the disadvantages inherent in the known solutions. The problem is solved by a method of manufacturing a casting core containing at least one thin zone or thin wall having a thickness of "e", the value of which is in the range from 0.1 mm to 0.5 mm, for example, at the trailing edge of the blades of a gas turbine engine, including a step of molding in a mold a mixture having a filler composed of ceramic particles and some organic binder, a step of removing from the mold and a step of releasing the binder and heat treatment to consolidate the core. This method is characterized in that a core is formed in said mold, in which said zone is thickened with respect to the thickness "e" by some excess thickness E, and mechanical processing of said excess thickness is carried out after removing the core from the mold up to obtaining said thickness "e" in such a way as to create an opening channel sufficient for the flow of said mixture during its introduction into the mold. Moreover, the above-mentioned machining operation can be implemented both before and after heat treatment.
В то время как специалисты в данной области техники будут стремиться разработать материалы с уменьшенной вязкостью или модифицировать параметры процесса литья под давлением, в частности, расход или давление, предлагаемое изобретение является результатом другого подхода, основывающегося на уменьшении потерь напора, связанных с определением подлежащей заполнению полости.While specialists in the art will seek to develop materials with reduced viscosity or modify the parameters of the injection molding process, in particular flow or pressure, the invention is the result of another approach based on the reduction of pressure losses associated with the determination of the cavity to be filled .
Потеря напора может быть выражена следующим соотношением: Р=η·Q·L/π·D4, связывающим давление (Р) с вязкостью (η), с расходом (Q), с длиной (L) и с диаметром (D).The pressure loss can be expressed by the following relation: P = η · Q · L / π · D4, which relates pressure (P) to viscosity (η), flow rate (Q), length (L) and diameter (D).
В соответствии с предлагаемым изобретением воздействуют на диаметр прохода в узкой зоне, увеличивая его таким образом, чтобы создать отверстие, достаточное для протекания пасты.In accordance with the invention, they affect the diameter of the passage in a narrow zone, increasing it so as to create a hole sufficient for the flow of the paste.
Таким образом, преодолевают всякое специфическое распространение, даже с уменьшением толщины стенок вплоть до 0,1 мм.Thus, any specific distribution is overcome, even with a decrease in wall thickness of up to 0.1 mm.
Благодаря предлагаемому изобретению уменьшают стоимость изготовления литейных сердечников. При том, что количество сердечников, имеющих признаки типа трещин при литье под давлением и/или при прокаливании и полученных в результате литья под давлением в литейной форме с тонкой задней кромкой, достигает нескольких десятков процентов, предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить существенный выигрыш в качестве и получить сердечники, имеющие более тонкие задние кромки, чем при использовании способа, известного из существующего уровня техники. При этом намечаемый предел опускается до толщины, составляющей 0,1 мм.Thanks to the invention, the cost of manufacturing casting cores is reduced. Despite the fact that the number of cores having signs such as cracks during injection molding and / or during calcination and obtained as a result of injection molding in a mold with a thin trailing edge reaches several tens of percent, the proposed technical solution allows to provide a significant gain in quality and to obtain cores having thinner trailing edges than when using the method known from the prior art. In this case, the intended limit drops to a thickness of 0.1 mm.
Предпочтительно механическую обработку толстой зоны сердечника осуществлять механизированным образом путем фрезерования, хотя она также может быть выполнена и вручную.Preferably, the machining of a thick core zone is carried out mechanically by milling, although it can also be done manually.
Более конкретно, сердечник содержит от 80% до 85% минерального наполнителя и от 15% до 20% органического связующего. Предпочтительно, чтобы композиция соответствовала одной из композиций, описанных в патенте ЕР 328452, выданном на имя Заявителя. При этом ищут малотекучую композицию, которая должна давать относительно небольшое изменение усадки в серийном производстве сердечников.More specifically, the core contains from 80% to 85% of a mineral filler and from 15% to 20% of an organic binder. Preferably, the composition corresponds to one of the compositions described in patent EP 328452, issued in the name of the Applicant. At the same time, a low-fluid composition is sought, which should give a relatively small change in shrinkage in the serial production of cores.
Таким образом, предлагаемое изобретение допускает формирование единственной пасты для изготовления совокупности различных сердечников для лопаток, тогда как способ из существующего уровня техники требует формирования адаптированных для каждого случая паст. В частности, необходимо предусмотреть текучие пасты для сердечников, спроектированных с задними кромками, для которых толщина имеет величину менее 0,4 мм.Thus, the present invention allows the formation of a single paste for the manufacture of a variety of different cores for the blades, while the method of the existing prior art requires the formation of adapted for each case pastes. In particular, fluid pastes must be provided for cores designed with trailing edges for which the thickness is less than 0.4 mm.
Целесообразно, чтобы механическая обработка осуществлялась путем последовательного прохождения режущего инструмента, удаляющего за каждый проход определенную часть избыточной толщины материала, имеющую величину в диапазоне от 0,05 мм до 2 мм. В частности, перед прокаливанием механическая обработка реализуется при помощи фрезы путем снятия материала, тогда как после прокаливания механическая обработка реализуется посредством инструмента, часто алмазного, путем снятия материала на фрезерном станке с по меньшей мере тремя осями и предпочтительно с четырьмя или пятью осями. При помощи этого средства может быть обеспечена автоматическая реализация механической обработки.It is advisable that the machining is carried out by sequentially passing the cutting tool, removing in each pass a certain part of the excess thickness of the material, having a value in the range from 0.05 mm to 2 mm. In particular, before annealing, the machining is carried out using a cutter by removing material, whereas after annealing, machining is carried out using a tool, often a diamond, by removing material on a milling machine with at least three axes and preferably with four or five axes. With this tool, the automatic implementation of machining can be ensured.
Эта технология позволяет обрабатывать необожженный сердечник на основе существующей карты СFАО (проектирование и изготовление с помощью компьютера) без негативного влияния усадки сердечника в процессе этапа прокаливания, которая не всегда является идентичной. Необожженный сердечник имеет размеры литейной формы, в которой он был изготовлен. Предпочтительно, чтобы сердечники перед прокаливанием были идентичными в геометрическом отношении.This technology allows you to process an unburnt core based on an existing CFAO card (design and manufacture using a computer) without the negative effect of core shrinkage during the calcination process, which is not always identical. The unbaked core has the dimensions of the mold in which it was made. Preferably, the cores before calcination are geometrically identical.
Таким образом реализуют формы с переменной толщиной, соответствующие различным конструктивным элементам сердечника. Возможны также и другие формы.In this way, molds with a variable thickness are realized corresponding to various structural elements of the core. Other forms are also possible.
Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут раскрыты в описании варианта осуществления изобретения, приводимого со ссылками на фигуры, в числе которых:Other characteristics and advantages of the invention will be disclosed in the description of an embodiment of the invention, given with reference to the figures, including:
фиг.1 представляет собой схематический вид в разрезе охлаждаемой лопатки турбины;figure 1 is a schematic sectional view of a cooled turbine blade;
фиг.2 - общий схематический вид сердечника охлаждаемой лопатки;figure 2 is a General schematic view of the core of the cooled blade;
фиг.3 - схематический вид зоны задней кромки сердечника, представляющей избыточную толщину в соответствии с предлагаемым изобретением;figure 3 - schematic view of the zone of the trailing edge of the core, representing the excess thickness in accordance with the invention;
фиг.4 - схематический вид части задней кромки сердечника после механической обработки ее избыточной толщины;figure 4 is a schematic view of a portion of the trailing edge of the core after machining its excess thickness;
фиг.5 иллюстрирует на графике изменение давления литья в функции приемов, используемых для получения искомой геометрии задней кромки;5 illustrates on a graph the change in casting pressure as a function of the techniques used to obtain the desired trailing edge geometry;
фиг.6 - заполнение литейной формы в функции приемов, представленных на фиг.5;6 is a filling mold in the function of the techniques presented in figure 5;
фиг.7 - способ механической обработки при помощи фрезы;7 is a method of machining using a mill;
фиг.8 - разрез по линии 8-8 первого шипа, показанного на фиг.3;Fig.8 is a section along the line 8-8 of the first spike shown in Fig.3;
фиг.9 - разрез по линии 9-9 первого шипа, показанного на фиг.8.Fig.9 is a section along the line 9-9 of the first spike shown in Fig.8.
Приводимое ниже описание раскрывает вариант формования литейного сердечника, предназначенного для изготовления лопатки турбины высокого давления в газотурбинном двигателе, используемом в авиации или в наземных условиях. Этот вариант не является ограничительным.The following description discloses an embodiment of molding a foundry core for manufacturing a high pressure turbine blade in a gas turbine engine used in aviation or in ground conditions. This option is not restrictive.
Как показано на фиг.1, лопатка 1 турбины содержит нижнюю поверхность IN, верхнюю поверхность ЕХ, переднюю кромку ВА и заднюю кромку ВF. В том случае, когда речь идет о лопатке турбины высокого давления газотурбинного двигателя, предназначенного для использования в авиации, эта лопатка содержит семь внутренних полостей, которые обозначены позициями с 1А по 1G. Задняя кромка лопатки содержит отверстие 1Н, проходящее параллельно этой задней кромке. Это отверстие запитывается из последней полости 1G при помощи множества калиброванных каналов 1GН, параллельных между собой, для выброса охлаждающей текучей среды, которая представляет собой воздух, отобранный от компрессора.As shown in FIG. 1, the
Упомянутые полости отделены друг от друга перегородками, обозначенными позициями 1АВ, 1ВС и т.д. В случае изготовления лопаток путем литья расплавленного металла необходимо встроить в оболочковую литейную форму сердечник, который занимает пустоты, соответствующие подлежащим формованию полостям в лопатке. Этот сердечник, как следует из чертежа, приведенного на фиг.1, имеет сложную форму.The said cavities are separated from each other by partitions, indicated by the positions 1AB, 1BC, etc. In the case of the manufacture of blades by casting molten metal, it is necessary to embed a core in the shell mold that occupies the voids corresponding to the cavities in the blade to be molded. This core, as follows from the drawing shown in figure 1, has a complex shape.
На фиг.2 можно видеть сердечник 100, полученный в литейной форме. Этот сердечник содержит часть, соответствующую полостям лопасти 100А лопатки, часть 100В, соответствующую полостям корневой части лопатки, и часть 100С, образующую рукоятку захвата сердечника в процессе его изготовления. В головной части лопасти лопатки также можно видеть часть 100D, обозначаемую принятым в данной области техники термином bаignоirе ("ванночкой").2, a
Задняя кромка сердечника, или часть, обозначенная позицией 100Н и формирующая полость 1Н, показанная на фиг.1, и шипы 100GН, формирующие каналы 1GН, показанные на фиг.1, представлены на фиг.3 или фиг.4. Специфический случай реализации первого шипа 100GН1 в соответствии с предлагаемым изобретением будет более подробно рассмотрен ниже.The trailing edge of the core, or the part indicated by 100H and forming the
Этот сердечник изготовлен путем литья под давлением в литейной форме, в которой должно обеспечиваться заполнение тонких зон, образованных шипами 100GН. При этом обычно используемая технология состоит в разработке литейной формы с побочными деталями, которые имеют определенную подвижность для того, чтобы иметь возможность извлечь сердечник после введения материала под давлением в литейную форму и его затвердевания. Как об этом уже было сказано выше, введение материала в эти зоны оказывается тем более сложным, чем более тонкими эти зоны являются.This core is made by injection molding in a mold in which the filling of thin zones formed by spikes 100GH should be ensured. In this case, the commonly used technology consists in the development of a mold with side parts that have a certain mobility in order to be able to remove the core after the injection of material under pressure into the mold and hardening it. As mentioned above, the introduction of material into these zones is all the more difficult the thinner these zones are.
Объектом предлагаемого изобретения является реализация сердечника, имеющего такую достаточно сложную структуру, без необходимости разработки более текучих паст или повышения параметров литья под давлением, таких, как давление или расход.The object of the invention is the implementation of a core having such a rather complicated structure, without the need to develop more fluid pastes or to increase injection molding parameters, such as pressure or flow.
В соответствии с предлагаемым изобретением изготавливают модифицированную литейную форму, то есть литейную форму, сердечник которой после формования имеет по меньшей мере одну тонкую зону, которая выполнена утолщенной.In accordance with the invention, a modified mold is made, that is, a mold whose core after molding has at least one thin zone that is thickened.
Утолщенная тонкая зона первого шипа 100GН1 получается путем формирования литейной формы в этом месте для получения такой утолщенной зоны для первого шипа 100GН1. Этот первый шип является первым по порядку, если смотреть от корневой части лопатки, откуда вводится под давлением паста, образующая сердечник. Эта часть представлена в разрезе на фиг. 8 и 9. На фиг.8 можно видеть избыточную толщину Е шипа 100GН1 по отношению к верхней поверхности 100Ех сердечника 100. Поверхности частей 100G и 100Н со стороны наружной поверхности лопатки располагаются по существу в одной и той же плоскости, за исключением этой избыточной толщины. Эта избыточная толщина определяется в функции окончательной толщины "е", которую желательно получить для шипа 100GН1, и количества пасты, которую вводят в литейную форму. Здесь речь идет о создании канала с раскрытием, достаточным для протекания пасты в процессе осуществления литья под давлением. В поперечном разрезе, представленном на фиг.9, контур утолщения Е учитывает закругленные кромки шипа. Формирование радиусов закругленных кромок шипа может быть осуществлено также при помощи механической обработки.The thickened thin zone of the first spike 100GH1 is obtained by forming a mold in this place to obtain such a thickened zone for the first spike 100GH1. This first tenon is the first in order when viewed from the root of the scapula, from where the paste forming the core is introduced under pressure. This part is shown in section in FIG. 8 and 9. In FIG. 8, the excess thickness E of the spike 100GH1 with respect to the upper surface 100Ex of the core 100 can be seen. The surfaces of the
Используемая паста предпочтительно содержит органическое связующее, соединенное с минеральным наполнителем. Так, например, эта смесь реализуется в соответствии со сведениями из патентной заявки ЕР 328452. Сердечник имеет удовлетворительную прочность при манипуляциях с ним руками, и его строение позволяет выполнять работу с ним при помощи инструмента фрезерования для снятия стружки или обработки абразивным способом.The paste used preferably contains an organic binder combined with a mineral filler. So, for example, this mixture is implemented in accordance with the information from patent application EP 328452. The core has satisfactory strength when manipulating it with hands, and its structure allows you to work with it using a milling tool for chip removal or abrasive processing.
После изготовления сердечника с утолщением Е на первом шипе следующий этап состоит в механической обработке на этой заготовке сердечника одной или нескольких утолщенных зон. Эта механическая обработка предпочтительно реализуется посредством инструмента типа того, который схематически показан на фиг.7. Здесь речь идет о фрезе 200, содержащей режущий конец 200А и винтовую часть или же спиральную режущую кромку, располагающуюся вдоль ее стержня 200В. Эту фрезу перемещают перпендикулярно по отношению к подлежащей обработке поверхности. Скорость вращения режущего инструмента, а также скорость его перемещения являются фиксированными. Таким образом обеспечивают ограничение усилий, воздействующих на материал, и не допускают того, чтобы инструмент сгибался.After manufacturing a core with a thickening E on the first tenon, the next step consists in machining one or more thickened zones on this core blank. This machining is preferably realized by means of a tool such as that shown schematically in FIG. 7. This is a
Предпочтительно использовать фрезерный станок с числовым программным управлением и с пятью осями перемещения, например, с тремя осями для позиционирования фрезы в пространстве и двумя осями для позиционирования сердечника. Такой станок можно легко запрограммировать для того, чтобы автоматизировать, в случае необходимости, механическую обработку углублений.It is preferable to use a numerically controlled milling machine with five axes of movement, for example, with three axes for positioning the cutter in space and two axes for positioning the core. Such a machine can be easily programmed in order to automate, if necessary, the machining of the recesses.
На фиг.4 можно видеть зону задней кромки сердечника после того, как она была механически обработана. Каналы имеют размерные параметры, в частности, толщину, которую они будут формировать, с точностью до усадки, в детали при заливке расплавленного металла в оболочковую литейную форму.In Fig.4, you can see the area of the trailing edge of the core after it has been machined. The channels have dimensional parameters, in particular, the thickness that they will form, up to shrinkage, in the part when the molten metal is poured into the shell mold.
После того как сердечник подвергся обработке перед прокаливанием, переходят к выполнению последующих операций обработки, которые сами по себе являются известными из процесса изготовления сердечников в литейном производстве, а именно к устранению связей, то есть удалению органического связующего. С этой целью сердечник нагревают до температуры, достаточной для разрушения органических компонентов, которые этот сердечник содержит. Другие этапы состоят в последующем нагревании этого сердечника до температуры спекания составляющих этот сердечник керамических частиц. В том случае, когда необходима дополнительная консолидация, осуществляют пропитку сердечника органической смолой.After the core has been processed before calcining, they proceed to the subsequent processing operations, which themselves are known from the process of manufacturing the cores in the foundry, namely, the elimination of bonds, that is, the removal of the organic binder. To this end, the core is heated to a temperature sufficient to destroy the organic components that this core contains. Other steps consist in the subsequent heating of this core to the sintering temperature of the ceramic particles constituting this core. In the case when additional consolidation is necessary, the core is impregnated with an organic resin.
Для механически обработанных сердечников после их прокаливания непосредственно переходят к окончательной отделке и к контролю.For machined cores, after calcining, they go directly to the final finish and to the control.
Для того чтобы продемонстрировать выгоду предлагаемого технического решения, были выполнены сравнительные испытания, результаты которых приведены на фиг. 5 и 6.In order to demonstrate the benefits of the proposed technical solution, comparative tests were performed, the results of which are shown in FIG. 5 and 6.
На фиг.6а представлена фаза заполнения литейной формы из предшествующего уровня техники, показанная заштрихованными линиями. Толщина каналов, предназначенных для формования шипов, в этом примере реализации составляет 0,35 мм. Здесь можно видеть, что паста вводится через зону корневой части лопатки и постепенно распространяется в направлении головной части литейной формы. При этом паста тормозится в своем течении через зоны небольшой толщины. Она даже охлаждается перед тем, как пройти через эти зоны. Таким образом, паста должна огибать эти зоны. Из этого следует, что в момент соприкосновения между двумя фронтами распространения эта паста оказывается недостаточно текучей для того, чтобы сформировалась надежная спайка.On figa presents the filling phase of the mold from the prior art, shown by shaded lines. The thickness of the channels for forming studs in this embodiment is 0.35 mm. Here you can see that the paste is introduced through the zone of the root of the scapula and gradually spreads in the direction of the head of the mold. In this case, the paste is inhibited in its flow through the zone of small thickness. It even cools before passing through these zones. Thus, the paste should go around these areas. From this it follows that at the moment of contact between the two fronts of propagation, this paste is not fluid enough to form a reliable adhesion.
На графике, показанном на фиг.5, можно видеть, что необходимое давление составляет 94 единицы измерения этого давления.In the graph shown in FIG. 5, it can be seen that the required pressure is 94 units of measure for this pressure.
Как это можно видеть на фиг.6b, выполнен канал 60 со стороны зоны 100Н, предназначенный для того, чтобы питание пастой осуществлялось напрямую. Действительно, давление за счет введения пасты оказывается несколько меньшим, то есть оказывается достаточно давления, составляющего всего 85 единиц измерения этого давления. Однако здесь спайка оказывается еще не вполне удовлетворительной, поскольку фронт пасты остается фиксированным в каналах шипов.As can be seen in Fig.6b, the
Как это можно видеть на фиг.6с, добавляют ложный шип 70. При этом результат получается по существу таким же, что и в предыдущем случае. Давление и в данном случае составляет 85 единиц измерения этого давления.As can be seen in FIG. 6c, a
Как это можно видеть на фиг.6d, в литейной форме делают выемку таким образом, чтобы сформировать на первом шипе утолщение в соответствии с предлагаемым изобретением. Обращаясь снова к фиг.5, можно видеть, что давление введения пасты, составляющее 78 единиц измерения этого давления, оказывается достаточным для того, чтобы фронт распространения пасты не был блокирован в данном канале. Это позволяет обеспечить заполнение зоны задней кромки через упомянутые каналы. Из этого следует, что никакое механическое ослабление не будет затрагивать зону каналов.As can be seen in FIG. 6d, a recess is made in the mold so as to form a bulge on the first tenon in accordance with the invention. Referring again to FIG. 5, it can be seen that the paste injection pressure of 78 units of this pressure is sufficient to prevent the paste propagation front from being blocked in this channel. This ensures that the trailing edge zone is filled through the said channels. It follows that no mechanical weakening will affect the channel area.
Здесь главным образом представлено утолщение первого шипа сердечника, но этот же принцип может быть применен и ко всем шипам. Эта технология позволяет, таким образом, в более общем смысле обеспечить реализацию тех частей сердечника, которые являются очень тонкими и имеют небольшую ширину, как это имеет место для части сердечника, располагающейся в непосредственной близости от задней кромки и содержащей каналы, предназначенные для прохождения воздуха, выбрасываемого изнутри лопатки в конечной части контура охлаждения и впрыскиваемого в газовую струю. Однако можно распространить эту технологию и на механическую обработку любой части сердечника, для которой может возникнуть та же самая проблема свободы течения.Here, the thickening of the first tenon of the core is mainly represented, but the same principle can be applied to all tenons. This technology allows, therefore, in a more general sense, to ensure the implementation of those parts of the core that are very thin and have a small width, as is the case for the part of the core located in the immediate vicinity of the trailing edge and containing channels for air passage, blades ejected from the inside in the final part of the cooling circuit and injected into the gas stream. However, this technology can be extended to the machining of any part of the core for which the same problem of freedom of flow can arise.
Claims (10)
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0651682A FR2900850B1 (en) | 2006-05-10 | 2006-05-10 | PROCESS FOR MANUFACTURING CERAMIC FOUNDRY CORES FOR TURBOMACHINE BLADES |
| FR0651682 | 2006-05-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007117300A RU2007117300A (en) | 2008-11-20 |
| RU2432224C2 true RU2432224C2 (en) | 2011-10-27 |
Family
ID=37547045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007117300/02A RU2432224C2 (en) | 2006-05-10 | 2007-05-08 | Method of producing gas turbine engine hollow vane ceramic cores |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7533714B2 (en) |
| EP (1) | EP1854569B1 (en) |
| JP (1) | JP5398964B2 (en) |
| CA (1) | CA2587100C (en) |
| FR (1) | FR2900850B1 (en) |
| RU (1) | RU2432224C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721260C2 (en) * | 2016-01-15 | 2020-05-18 | Сафран | Refractory core comprising main housing and casing |
| RU2745073C2 (en) * | 2016-02-12 | 2021-03-18 | Сафран | Method for the formation of dust removing holes for the turbine blade and the coupled ceramic core |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2914871B1 (en) | 2007-04-11 | 2009-07-10 | Snecma Sa | TOOLS FOR THE MANUFACTURE OF CERAMIC FOUNDRY CORES FOR TURBOMACHINE BLADES |
| JP2009140062A (en) | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Hitachi Ltd | Storage apparatus, storage system, and path information setting method |
| FR2930188B1 (en) * | 2008-04-18 | 2013-09-20 | Snecma | PROCESS FOR DAMURING A PIECE OF CERAMIC MATERIAL |
| FR2933884B1 (en) * | 2008-07-16 | 2012-07-27 | Snecma | PROCESS FOR MANUFACTURING AN AUBING PIECE |
| US20140166229A1 (en) * | 2012-12-19 | 2014-06-19 | United Technologies Corporation | Minimization of Re-Crystallization in Single Crystal Castings |
| FR3022810B1 (en) * | 2014-06-30 | 2019-09-20 | Safran Aircraft Engines | PROCESS FOR PRODUCING A CORE FOR MOLDING A DAWN |
| FR3025444B1 (en) * | 2014-09-04 | 2016-09-23 | Snecma | PROCESS FOR PRODUCING A CERAMIC CORE |
| FR3037830B1 (en) * | 2015-06-29 | 2024-02-16 | Snecma | MOLDING ASSEMBLY FOR A TURBOMACHINE BLADE, INCLUDING A LARGE SECTION RELIEF PORTION |
| GB201610783D0 (en) * | 2016-06-21 | 2016-08-03 | Rolls Royce Plc | Trailing edge ejection cooling |
| FR3059259B1 (en) | 2016-11-29 | 2019-05-10 | Jy'nove | PROCESS FOR PRODUCING A CERAMIC FOUNDRY CORE |
| DE102017122973A1 (en) * | 2017-10-04 | 2019-04-04 | Flc Flowcastings Gmbh | Method for producing a ceramic core for producing a cavity-type casting and ceramic core |
| FR3096911B1 (en) * | 2019-06-06 | 2021-05-14 | Safran | Improved foundry mold for forming ceramic cores of turbine blades |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0328452A1 (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-16 | Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "Snecma" | Process for manufacturing ceramic foundry cores |
| US5465780A (en) * | 1993-11-23 | 1995-11-14 | Alliedsignal Inc. | Laser machining of ceramic cores |
| RU2240203C2 (en) * | 2001-10-24 | 2004-11-20 | Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн | Casting core for investment pattern casting (variants), casting core - shell mold assembly, casting mold and casting produced with use of such core |
| EP1557229A2 (en) * | 2004-01-23 | 2005-07-27 | United Technologies Corporation | Apparatus and method for reducing operating stress in a turbine blade and the like |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4411597A (en) * | 1981-03-20 | 1983-10-25 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Tip cap for a rotor blade |
| JPS59109304A (en) * | 1982-12-15 | 1984-06-25 | 日本碍子株式会社 | Manufacture of radial type ceramic turbine rotor |
| JPS59224306A (en) * | 1983-05-13 | 1984-12-17 | 日本碍子株式会社 | Manufacture of ceramic part |
| GB2159585B (en) * | 1984-05-24 | 1989-02-08 | Gen Electric | Turbine blade |
| JPH0577213A (en) * | 1991-05-23 | 1993-03-30 | Alps Electric Co Ltd | Production of dielectric ceramic |
| US5332537A (en) * | 1992-12-17 | 1994-07-26 | Pcc Airfoils, Inc. | Method and binder for use in powder molding |
| US6375880B1 (en) * | 1997-09-30 | 2002-04-23 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Mold shape deposition manufacturing |
| JP2003300127A (en) * | 2002-04-08 | 2003-10-21 | Ricoh Co Ltd | Processing method |
| JP2003340628A (en) * | 2002-05-24 | 2003-12-02 | Industry Network Kk | Working machine, working method, and three-dimensional forming method |
| FR2875425B1 (en) * | 2004-09-21 | 2007-03-30 | Snecma Moteurs Sa | PROCESS FOR MANUFACTURING A TURBOMACHINE BLADE, CORE ASSEMBLY FOR CARRYING OUT THE PROCESS |
| FR2878458B1 (en) * | 2004-11-26 | 2008-07-11 | Snecma Moteurs Sa | METHOD FOR MANUFACTURING CERAMIC FOUNDRY CORES FOR TURBOMACHINE BLADES, TOOL FOR IMPLEMENTING THE METHOD |
-
2006
- 2006-05-10 FR FR0651682A patent/FR2900850B1/en active Active
-
2007
- 2007-05-01 US US11/742,850 patent/US7533714B2/en active Active
- 2007-05-02 EP EP07290555A patent/EP1854569B1/en active Active
- 2007-05-08 CA CA2587100A patent/CA2587100C/en active Active
- 2007-05-08 JP JP2007123271A patent/JP5398964B2/en active Active
- 2007-05-08 RU RU2007117300/02A patent/RU2432224C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0328452A1 (en) * | 1988-02-10 | 1989-08-16 | Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "Snecma" | Process for manufacturing ceramic foundry cores |
| US5465780A (en) * | 1993-11-23 | 1995-11-14 | Alliedsignal Inc. | Laser machining of ceramic cores |
| RU2240203C2 (en) * | 2001-10-24 | 2004-11-20 | Юнайтед Текнолоджиз Корпорейшн | Casting core for investment pattern casting (variants), casting core - shell mold assembly, casting mold and casting produced with use of such core |
| EP1557229A2 (en) * | 2004-01-23 | 2005-07-27 | United Technologies Corporation | Apparatus and method for reducing operating stress in a turbine blade and the like |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2721260C2 (en) * | 2016-01-15 | 2020-05-18 | Сафран | Refractory core comprising main housing and casing |
| US10654098B2 (en) | 2016-01-15 | 2020-05-19 | Safran | Refractory core comprising a main body and a shell |
| RU2745073C2 (en) * | 2016-02-12 | 2021-03-18 | Сафран | Method for the formation of dust removing holes for the turbine blade and the coupled ceramic core |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2900850A1 (en) | 2007-11-16 |
| CA2587100A1 (en) | 2007-11-10 |
| JP2007313562A (en) | 2007-12-06 |
| FR2900850B1 (en) | 2009-02-06 |
| CA2587100C (en) | 2014-02-25 |
| JP5398964B2 (en) | 2014-01-29 |
| RU2007117300A (en) | 2008-11-20 |
| EP1854569A1 (en) | 2007-11-14 |
| US7533714B2 (en) | 2009-05-19 |
| US20070261811A1 (en) | 2007-11-15 |
| EP1854569B1 (en) | 2012-01-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2432224C2 (en) | Method of producing gas turbine engine hollow vane ceramic cores | |
| JP4701076B2 (en) | Method for manufacturing a cast ceramic core for turbomachine blades | |
| US7931459B2 (en) | Tool for manufacturing ceramic casting cores for turbomachine blades | |
| JP6315553B2 (en) | Casting cooling structure for turbine airfoil | |
| US10357819B2 (en) | Investment casting of hollow components | |
| EP1634665B1 (en) | Composite core for use in precision investment casting | |
| JP5416762B2 (en) | Method for deburring ceramic casting cores | |
| US20200338630A1 (en) | Method for producing a ceramic core for the production of a casting having hollow structures and ceramic core | |
| JPH06154947A (en) | Investment casting method by core with wall thickness control means of integral structure | |
| US20200276634A1 (en) | Method for producing a ceramic core for the production of a casting having hollow structures and a ceramic core | |
| CN109047660B (en) | Impeller investment casting process, impeller and centrifugal compressor | |
| CN104619441B (en) | Casting pattern | |
| RU2532783C2 (en) | Manufacturing method of system containing many blades installed in platform | |
| CN110328359B (en) | Forming method of narrow intermittent, twisted and multi-blade densely distributed cascade parts | |
| KR101358278B1 (en) | Lost wax casting method of the nozzle ring | |
| CN113787168A (en) | A precision thread casting process for superalloy parts | |
| CN105344935A (en) | Closed impeller wax mold manufacturing method | |
| CN203459662U (en) | Casting die of special radiator for numerical control milling machine motor | |
| CN103480821B (en) | The casting mould that CNC milling machine motor is heat radiator dedicated | |
| CN106687232A (en) | Method for producing a ceramic core |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |